5G在智慧城市中的作用

重新改造了一座中世紀(jì)的圍墻城市——智慧城市必須是獨(dú)立的，或者至少能夠在必要時(shí)通過獨(dú)立來應(yīng)對(duì)威脅。原因包括日益嚴(yán)重的天氣、電網(wǎng)忽視和網(wǎng)絡(luò)攻擊，使國家電網(wǎng)的可信度降低。除了智能獨(dú)立之外，城市還必須擁有獨(dú)立的或理想情況下本地化的食物和水源。

5G在智慧城市中的作用

考慮一下 5G，它被承諾為必不可少且隨處可用。目前，千兆赫級(jí)別的版本正在許多主要國家推出，但由于成本和興趣有限，10 倍的速度僅在部分城市可用。這對(duì) 6G 來說是個(gè)壞兆頭，它可能同樣從一個(gè)頻率開始，然后發(fā)展到另一個(gè) 10 倍的速度——比如，最終達(dá)到 1 太赫茲（遠(yuǎn)紅外線）。承諾無處不在，但先進(jìn)的 5G 僅數(shù)百米范圍內(nèi)具有挑戰(zhàn)性，而僅 100 米范圍內(nèi)的 6G 則更具挑戰(zhàn)性。

自 2016 年以來，每年有超過 100 萬個(gè)小型蜂窩用于企業(yè)用途。盡管如此，與通過有線連接實(shí)現(xiàn)的連接數(shù)量相比，蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)仍有很大的發(fā)展空間。以工業(yè) 4.0 為例：大多數(shù)連接是通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的（46%），而工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的無線網(wǎng)絡(luò)僅占連接的 6%。

瓶頸之一是柔性制造系統(tǒng)仍未普及。其他挑戰(zhàn)包括設(shè)備組件和性能驗(yàn)證缺乏功能支持。無論如何，5G 的發(fā)展正在推動(dòng)行業(yè)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的需求。

另一個(gè)例子是智慧城市的 5G。隨著 LTE-M 和 NB-IoT 標(biāo)準(zhǔn)嵌入 5G 運(yùn)營(yíng)以及 2022 年 3GPP 第 17 版更好地支持低功耗和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，我們可以期待在智能公用事業(yè)和計(jì)量等各種智慧城市應(yīng)用中看到 5G 的更多優(yōu)勢(shì)、交通管理、公共交通、電動(dòng)汽車、自動(dòng)駕駛汽車 (AV) 和智能建筑。

5G 將更好地支持低功耗和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，在各種智慧城市應(yīng)用中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，包括智能公用事業(yè)和計(jì)量、交通管理、智能建筑、公共交通以及電動(dòng)和自動(dòng)駕駛汽車。

成本是另一個(gè)問題。例如，道路上的鋼制龍門架可能比它支持的交通監(jiān)視器和標(biāo)牌成本更高。同樣，對(duì) 6G 至關(guān)重要的可重新編程智能表面必須部署在城市建筑和室內(nèi)墻壁上。安裝也可能是這些成本的大部分。

但IDTechEx認(rèn)為，5G/6G通信給醫(yī)療、教育、安防、安全、娛樂帶來的好處是巨大的，所以最終會(huì)勝出。事實(shí)上，6G可以通過結(jié)合自由空間光學(xué)、光纖和包含超材料的超表面來廣泛部署。

超材料將成為需要傳感器無處不在的智慧城市的關(guān)鍵推動(dòng)力。這些智能材料使用重復(fù)模式來實(shí)現(xiàn)自然界中不存在的功能，例如太陽能電池板無需移動(dòng)部件或傳感器就可以跟隨太陽，這些部件或傳感器更好、更實(shí)惠，并且適合更尷尬的地方。有些只是有圖案的塑料薄膜。

然后，它甚至可能扭轉(zhuǎn)由于海平面上升而導(dǎo)致我們更多人生活在城市和整個(gè)國家的無法控制的趨勢(shì)。

5G/6G 通信、智能材料和傳感器以及電氣化將成為智慧城市的關(guān)鍵推動(dòng)力。

自動(dòng)駕駛汽車

最理想的自動(dòng)化水平涉及 AV。是的，城市車輛將是電池電動(dòng)的、自動(dòng)的，更值得注意的是，作為多功能機(jī)器人穿梭車。這幾乎不會(huì)導(dǎo)致?lián)矶?、污染或事故。然而，它們至少要?2030 年才能以真正的“5 級(jí)”自主權(quán)廣泛部署。成本、可接受性、可靠性以及其他問題，例如必要的立法和保險(xiǎn)，是阻礙這一進(jìn)程的問題。

大多數(shù)支持者目前使用激光雷達(dá)，這需要不斷重新映射交通規(guī)則和堵塞的頻繁變化。由于市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者無法足夠快地建立電池電動(dòng)汽車工廠，以及負(fù)債 1000 億美元的傳統(tǒng)汽車制造商可能破產(chǎn)，這將導(dǎo)致進(jìn)一步的延遲。

如果不進(jìn)一步評(píng)論用于車輛的 6G，就無法討論連接性。為什么電信運(yùn)營(yíng)商不再談?wù)?2030 年可用的 6G 通信對(duì) AV 至關(guān)重要？這是投資的主要理由。特斯拉給出了答案，認(rèn)為道路車輛需要在任何地方行駛，出于安全原因，它們不應(yīng)依賴電信基礎(chǔ)設(shè)施正常運(yùn)行且沒有網(wǎng)絡(luò)攻擊。

IDTechEx 首席執(zhí)行官 Raghu Das 說：“只要不是關(guān)鍵任務(wù)，就可以更好地連接到世界上所有的車輛——陸地、水和空中——是非常可取的?！?“自治土地、水和空氣需要獨(dú)立，最好不依賴地圖，這就是特斯拉不使用激光雷達(dá)的原因。有爭(zhēng)議的是，特斯拉甚至打算在沒有雷達(dá)的情況下工作，時(shí)間會(huì)證明這是否成功。所有這些簡(jiǎn)化的第二個(gè)好處是降低成本，只要大型處理器可以負(fù)擔(dān)得起。那是一個(gè)可能。”

當(dāng)然，激光雷達(dá)和雷達(dá)系統(tǒng)是當(dāng)今汽車自動(dòng)駕駛成本的主要部分。

這些挑戰(zhàn)與擬議的電池電動(dòng)空中出租車相似。IDTechEx 計(jì)算，城市中的無人機(jī)對(duì)空中交通管制和財(cái)務(wù)可行性造成很大問題，但帶有機(jī)翼和垂直起降的版本更安全，有機(jī)會(huì)以更低的成本走得更遠(yuǎn)。

機(jī)器人出租車只是自動(dòng)駕駛汽車，在可接受且可行的情況下，將取代城市禁止使用的私家車，以減少擁堵、污染和停車。這是一個(gè)漸進(jìn)的變化，但更重要的是智能班車的顛覆性變化。它們是對(duì)稱的——所以沒有掉頭——這意味著它們可能被允許上路，穿過廣場(chǎng)，進(jìn)入購物中心，寬大的推拉門可以迅速接受坐輪椅的人。

最受歡迎的設(shè)計(jì)最多可容納 20-25 人，因?yàn)樗麄冇姓玖⒖臻g。它們極好地滿足了城市當(dāng)局對(duì)包容性和通達(dá)性的需求，即使在傳統(tǒng)巴士不可行的情況下也是如此。沒有司機(jī)擋路，全方位的窗戶將防止幽閉恐懼癥并取悅游客。

例如，這些智能穿梭車設(shè)計(jì)可以在校車運(yùn)行時(shí)切換為黃色，并兼作包裹、送貨、快餐和多功能車等。其中一些服務(wù)可能是免費(fèi)的——再次具有包容性。豐田電子調(diào)色板機(jī)器人在其 Woven City 中穿梭，這是日本目前正在建設(shè)的第一個(gè)智能城市，實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)。支持這種設(shè)計(jì)，小型四人座將被淘汰。

順便說一句，豐田和其他公司正在為他們的智慧城市探索氫經(jīng)濟(jì)，僅僅確保這是安全的，對(duì)傳感器和信息技術(shù)來說是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。IDTechEx 認(rèn)為，純電動(dòng)的智慧城市是未來，主要是因?yàn)樘柲軣o處不在的效率和超低成本。您已經(jīng)可以購買太陽能外墻、圍欄、車道、道路家具、汽車、船只和屋頂，但市場(chǎng)上的一個(gè)主要差距是能源存儲(chǔ)和信息技術(shù)以及用于協(xié)調(diào)此類分布式能源的傳感器。

隨處可見的太陽能和傳感器強(qiáng)調(diào)了智能材料和材料信息學(xué)是現(xiàn)在成功的智能城市的關(guān)鍵。

傳感器是自動(dòng)化系統(tǒng)的基本組成部分，它需要檢測(cè)變化的參數(shù)并做出相應(yīng)的響應(yīng)——換句話說，機(jī)器學(xué)習(xí)算法需要輸入數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)和做出反應(yīng)。因此，智慧城市將需要大量分布廣泛的無線連接傳感器，可能會(huì)利用 6G。示例包括用于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的氣體傳感器、用于監(jiān)測(cè)水質(zhì)的化學(xué)和生物傳感器、用于監(jiān)測(cè)行人和交通流量的攝像頭和激光雷達(dá)，以及用于對(duì)隧道和橋梁進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)的振動(dòng)傳感器。

當(dāng)連接失敗時(shí)，車輛會(huì)失敗嗎？我們希望不會(huì)，但這讓我們回到了 6G 通信的全部?jī)?nèi)容。6G 通信的承諾圍繞著 1 厘米的定位精度、驚人的數(shù)據(jù)傳輸量和速度以及提供不僅僅是更好的智能手機(jī)的傳感器。它現(xiàn)在正在建設(shè)到最大程度的過度承諾，但到 2022 年頻率將仍未確定，因此需要謹(jǐn)慎。

審核編輯：湯梓紅